(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、前記金属セパレータには、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し且つ該金属セパレータの積層方向に貫通する反応ガス連通孔と、前記反応ガス連通孔を囲繞するシール部材とが形成される燃料電池であって、
前記シール部材は、前記反応ガス連通孔と前記反応ガス流路とを連通する連結流路が形成されて前記金属セパレータの金属表面で終端する連結端部を有し、
少なくとも前記金属セパレータの前記金属表面から前記シール部材の前記連結端部を覆って屈曲するフィルム部材が設けられるとともに、
前記フィルム部材は、前記連結端部に乗り上げて固定される爪状部を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記フィルム部材は、前記シール部材の前記連結端部及び前記金属表面から前記電解質膜・電極構造体の端部を覆って設けられるとともに、
前記電解質膜・電極構造体の前記端部は、前記シール部材の前記連結流路の幅寸法と同一の範囲で覆われることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極構造体は、一方の電極が他方の電極及び前記電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、
前記フィルム部材は、前記一方の電極の外周部から外部に露呈する前記電解質膜の外周縁部表面を覆うことを特徴とする燃料電池。                                                                        
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セル（単位セル）を備えている。この種の燃料電池では、車載用として使用される際に、通常、数十〜数百の単位セルが積層されて燃料電池スタックを構成している。
【０００３】
燃料電池は、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。この内部マニホールドでは、セパレータの面内に電極面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し、発電セルの積層方向に貫通する反応ガス連通孔とが設けられている。
【０００４】
燃料電池では、セパレータとして、カーボンセパレータの他に金属セパレータが使用されている。金属セパレータは、一般的に、薄板金属プレートに弾性シール部材が一体化されたシール一体型金属セパレータが用いられている。その際、シール部材には、反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通するための連結流路、所謂、ゴムブリッジ部が一体成形される場合がある。
【０００５】
ところで、燃料電池の発電時間が長くなるに従って、ゴムブリッジ部（及びシール部材）に剥離が発生し易くなる。このため、金属セパレータの金属表面とシール部材との間に水等が進入してブリスター（水ぶくれ）が形成されることがある。従って、シール部材には、捲れやずれ等が惹起してしまい、流路断面が狭小化し、反応ガス流量や冷却水流量が減少するという問題がある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用セパレータの製造方法が知られている。この製造方法では、燃料電池用セパレータに対して加熱を行うことで、前記燃料電池用セパレータの表層側にＦｅを凝集させてＦｅリッチ層を形成するとともに、Ｆｅが前記表層側に移動したことでＣｒの割合が６０重量％以上となったＣｒリッチ層を該燃料電池用セパレータの内部に設ける工程と、前記燃料電池用セパレータに対して電解処理を行うことで、前記Ｆｅリッチ層を除去するとともに該燃料電池用セパレータの表面に前記Ｃｒリッチ層を露呈させる工程とを有している。
【０００７】
これにより、燃料電池用セパレータの最表面におけるＣｒの割合を６０重量％以上としているので、プライマーが前記燃料電池用セパレータに強固に接合して離間し難くなる。これに伴って、プライマーと燃料電池用セパレータの間に水蒸気が進入することが著しく困難となることにより、耐ブリスター性が確保される、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４８５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、この種のシール部材のはがれを抑制するためになされたものであり、簡単且つ経済的な構成で、前記シール部材を金属セパレータに強固に保持することができ、前記シール部材のはがれを抑制してブリスターの発生を可及的に阻止することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、前記金属セパレータには、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し且つ該金属セパレータの積層方向に貫通する反応ガス連通孔と、前記反応ガス連通孔を囲繞するシール部材とが形成される燃料電池に関するものである。
【００１１】
この燃料電池では、シール部材は、反応ガス連通孔と反応ガス流路とを連通する連結流路が形成されて金属セパレータの金属表面で終端する連結端部を有している。そして、少なくとも金属セパレータの金属表面からシール部材の連結端部を覆って屈曲するフィルム部材が設けられるとともに、前記フィルム部材は、前記連結端部に乗り上げて固定される爪状部を備えている。
【００１２】
また、この燃料電池では、フィルム部材は、シール部材の連結端部及び金属表面から電解質膜・電極構造体の端部を覆って設けられるとともに、前記電解質膜・電極構造体の前記端部は、前記シール部材の連結流路の幅寸法と同一の範囲で覆われることが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、一方の電極が他方の電極及び電解質膜よりも小さな表面積に設定されるとともに、フィルム部材は、前記一方の電極の外周部から外部に露呈する前記電解質膜の外周縁部表面を覆うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少なくとも金属セパレータの金属表面からシール部材の連結端部を覆って屈曲するフィルム部材が設けられている。このため、シール部材の連結端部は、フィルム部材の屈曲部位により確実に保持され、前記連結端部と金属表面との間から水等が進入することを確実に阻止することができる。
【００１５】
これにより、簡単且つ経済的な構成で、シール部材を金属セパレータに強固に保持することができ、前記シール部材のはがれを抑制してブリスターの発生を可及的に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルの分解概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記燃料電池を構成する第２金属セパレータの一方の面の説明図である。
【図４】前記第２金属セパレータの他方の面の説明図である。
【図５】前記燃料電池を構成する第３金属セパレータの正面説明図である。
【図６】前記第２金属セパレータの酸化剤ガス入口連通孔周辺の分解斜視説明図である。
【図７】前記酸化剤ガス入口連通孔周辺の斜視説明図である。
【図８】フィルム部材の他の構成説明図である。
【図９】前記フィルム部材のさらに別の構成を示す前記第２金属セパレータの一方の面の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数のセルユニット（発電セル）１２を水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して構成され、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用される。
【００１８】
セルユニット１２は、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２電解質膜・電極構造体１６ｂよりも小さな表面積に設定される（図２参照）。
【００１９】
第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。
【００２０】
第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード電極２４及びカソード電極２６とを備える。
【００２１】
アノード電極２４は、固体高分子電解質膜２２及びカソード電極２６よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。なお、アノード電極２４とカソード電極２６とは、同一の表面積を有していてもよい。
【００２２】
図１に示すように、固体高分子電解質膜２２、アノード電極２４及びカソード電極２６は、それぞれ矢印Ｂ方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面積が縮小される。固体高分子電解質膜２２及びカソード電極２６は、後述する酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ側に突出する膨出部を有する。
【００２３】
アノード電極２４及びカソード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
【００２４】
セルユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（空気等）を供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス（水素ガス等）を供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。
【００２５】
セルユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。
【００２６】
セルユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記セルユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。
【００２７】
第１金属セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。
【００２８】
なお、第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向にジグザグ状に延在する複数の鋸歯状流路溝により構成してもよい。また、以下に説明する第１酸化剤ガス流路５０、第２燃料ガス流路５８、第２酸化剤ガス流路６２、及び第２の実施形態でも同様である。
【００２９】
入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０は、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１燃料ガス流路３６の幅方向に燃料ガスを均一に分配する機能及び前記第１燃料ガス流路３６の幅方向に流通する前記燃料ガスを燃料ガス出口連通孔３２ｂに均一に集合させる機能を有する。
【００３０】
第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。冷却媒体流路４４の一部は、第１燃料ガス流路３６の裏面形状である。
【００３１】
燃料ガス入口連通孔３２ａの近傍には、複数の外側供給孔部４６ａと複数の内側供給孔部４６ｂとが形成される。燃料ガス出口連通孔３２ｂの近傍には、複数の外側排出孔部４８ａと複数の内側排出孔部４８ｂとが形成される。
【００３２】
第２金属セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部５２ａ及び出口バッファ部５２ｂが設けられる。
【００３３】
図３、図６及び図７に示すように、入口バッファ部５２ａの上部から酸化剤ガス入口連通孔３０ａ側に向かって複数本のプレス流路部５４ａが設けられる。出口バッファ部５２ｂの下部から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ側に向かって複数本のプレス流路部５４ｂが設けられる。プレス流路部５４ａ、５４ｂは、第２金属セパレータ１８を波形状にプレス加工して一体成形される。
【００３４】
図１及び図３に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａの近傍には、複数の供給孔部５６ａが形成される一方、燃料ガス出口連通孔３２ｂの近傍には、複数の排出孔部５６ｂが形成される。
【００３５】
図１及び図４に示すように、第２金属セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２燃料ガス流路５８の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部６０ａ及び出口バッファ部６０ｂが設けられる。
【００３６】
図５に示すように、第３金属セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６２が形成される。第２酸化剤ガス流路６２は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２酸化剤ガス流路６２の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部６４ａ及び出口バッファ部６４ｂが設けられる。
【００３７】
入口バッファ部６４ａの上部から酸化剤ガス入口連通孔３０ａ側に向かって複数本のプレス流路部６６ａが設けられる。出口バッファ部６４ｂの下部から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ側に向かって複数本のプレス流路部６６ｂが設けられる。プレス流路部６６ａ、６６ｂは、第３金属セパレータ２０を波形状にプレス加工して一体成形される。
【００３８】
第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、図１に示すように、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６及び第２酸化剤ガス流路６２の裏面形状（波形状）の重ね合わせにより形成される。
【００３９】
図１及び図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材７０が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７２が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７４が一体成形される。
【００４０】
第１シール部材７０、第２シール部材７２及び第３シール部材７４としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００４１】
図１に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ側には、燃料ガス入口連通孔３２ａと各外側供給孔部４６ａとを連通する複数の通路７５ａが設けられる。面１４ｂ側には、外側供給孔部４６ａと内側供給孔部４６ｂとを連通する複数の通路７５ｂが形成される。面１４ａ側には、燃料ガス出口連通孔３２ｂと各外側排出孔部４８ａとを連通する複数の通路７５ｃが形成される。面１４ｂ側には、外側排出孔部４８ａと内側排出孔部４８ｂとを連通する複数の通路７５ｄが形成される。
【００４２】
図３、図６及び図７に示すように、第２金属セパレータ１８の第２シール部材７２は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第１酸化剤ガス流路５０とを連通する複数の入口連結流路７６ａが形成されて第２金属セパレータ１８の金属表面１８ａｓで終端する入口連結端部７８ａを有する。入口連結流路７６ａは、所定間隔ずつ離間する複数の入口凸部７６ａｔ間に形成される。
【００４３】
少なくとも第２金属セパレータ１８の金属表面１８ａｓから第２シール部材７２の入口連結端部７８ａを覆って屈曲するフィルム部材８０が接着剤で貼り付けられる。フィルム部材８０は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等で形成される。
【００４４】
フィルム部材８０の第２シール部材７２の入口連結端部７８ａ側の一端部には、各入口連結流路７６ａに配置されて前記入口連結端部７８ａに固定される複数の爪状部８０ａが設けられる。爪状部８０ａから下方に９０゜屈曲した後、さらに水平方向に９０゜屈曲して金属表面１８ａｓに接する底板部８０ｂが連結される。底板部８０ｂには、各プレス流路部５４ａに対応して複数の開口部８０ｃが形成される。
【００４５】
底板部８０ｂの端部には、上方に９０゜屈曲した後、さらに水平方向に９０゜屈曲して第１電解質膜・電極構造体１６ａの端部、すなわち、アノード電極２４の外周部から外部に露呈する固体高分子電解質膜２２の外周縁部表面を覆って固定される平板部８０ｄが一体に設けられる。第１電解質膜・電極構造体１６ａの端部は、第２シール部材７２の入口連結流路７６ａの幅寸法と同一の範囲で覆われる。
【００４６】
図３に示すように、第２シール部材７２は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと第１酸化剤ガス流路５０とを連通する複数の出口連結流路７６ｂが形成されて第２金属セパレータ１８の金属表面１８ａｓで終端する出口連結端部７８ｂを有する。出口連結流路７６ｂは、所定間隔ずつ離間する複数の出口凸部７６ｂｔ間に形成される。
【００４７】
少なくとも第２金属セパレータ１８の金属表面１８ａｓから第２シール部材７２の出口連結端部７８ｂを覆って屈曲するフィルム部材８２が貼り付けられる。フィルム部材８２は、上記のフィルム部材８０と同様に構成されており、同一の構成要素には、参照数字８２に同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
図４に示すように、第２金属セパレータ１８には、燃料ガス入口連通孔３２ａと供給孔部５６ａとを連通する複数の通路８３ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔３２ｂと排出孔部５６ｂとを連通する複数の通路８３ｂが形成される。
【００４９】
図５に示すように、第３金属セパレータ２０の第３シール部材７４は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと第２酸化剤ガス流路６２とを連通する複数の入口連結流路８４ａが形成されて第３金属セパレータ２０の金属表面２０ａｓで終端する入口連結端部８６ａを有する。入口連結流路８４ａは、所定間隔ずつ離間する複数の入口凸部８４ａｔ間に形成される。
【００５０】
少なくとも第３金属セパレータ２０の金属表面２０ａｓから第３シール部材７４の入口連結端部８６ａを覆って屈曲するフィルム部材８８が貼り付けられる。フィルム部材８８は、上記のフィルム部材８０と同様に構成されており、同一の構成要素には、参照数字８８に同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
第３シール部材７４は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと第２酸化剤ガス流路６２とを連通する複数の出口連結流路８４ｂが形成されて第３金属セパレータ２０の金属表面２０ａｓで終端する出口連結端部８６ｂを有する。出口連結流路８４ｂは、所定間隔ずつ離間する複数の出口凸部８４ｂｔ間に形成される。
【００５２】
少なくとも第３金属セパレータ２０の金属表面２０ａｓから第３シール部材７４の出口連結端部８６ｂを覆って屈曲するフィルム部材９０が貼り付けられる。フィルム部材９０は、上記のフィルム部材８０と同様に構成されており、同一の構成要素には、参照数字９０に同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００５４】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５５】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２金属セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３金属セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６２に導入される。
【００５６】
第２金属セパレータ１８では、図２及び図３に示すように、酸化剤ガスは、入口連結流路７６ａからフィルム部材８０の開口部８０ｃを通って金属表面１８ａｓ側に移動する。この酸化剤ガスは、図２に示すように、プレス流路部５４ａを通って第１酸化剤ガス流路５０に導入される。
【００５７】
第３金属セパレータ２０では、図２及び図５に示すように、酸化剤ガスは、入口連結流路８４ａからフィルム部材８８の開口部８８ｃを通って金属表面２０ａｓ側に移動する。この酸化剤ガスは、図２に示すように、プレス流路部６６ａを通って第２酸化剤ガス流路６２に導入される。
【００５８】
従って、酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６２に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極２６に供給される（図１参照）。
【００５９】
一方、燃料ガスは、図１及び図４に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１金属セパレータ１４と第２金属セパレータ１８との間に形成された通路７５ａ、８３ａに導入される。通路７５ａに導入された燃料ガスは、外側供給孔部４６ａを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、通路７５ｂを通って内側供給孔部４６ｂから面１４ａ側に導入される。
【００６０】
このため、燃料ガスは、第１燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極２４に供給される（図１参照）。
【００６１】
また、通路８３ａに導入された燃料ガスは、図４に示すように、供給孔部５６ａを通って第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。これにより、燃料ガスは、面１８ｂ側で第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極２４に供給される（図１及び図４参照）。
【００６２】
従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００６３】
次いで、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図３に示すように、第１酸化剤ガス流路５０からプレス流路部５４ｂに送られる。酸化剤ガスは、フィルム部材８２の開口部８２ｃを通って出口連結流路７６ｂから酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００６４】
一方、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図５に示すように、第２酸化剤ガス流路６２からプレス流路部６６ｂに送られる。酸化剤ガスは、フィルム部材９０の開口部９０ｃを通って出口連結流路８４ｂから酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される。
【００６５】
第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、図１に示すように、内側排出孔部４８ｂを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。
【００６６】
面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部４８ａに導入され、再度、面１４ａ側に移動する。このため、燃料ガスは、外側排出孔部４８ａから通路７５ｃを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００６７】
また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部５６ｂを通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、図４に示すように、通路８３ｂを通って燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。
【００６８】
一方、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、第１金属セパレータ１４と第３金属セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。
【００６９】
この場合、第１の実施形態では、図２、図３、図６及び図７に示すように、少なくとも第２金属セパレータ１８の金属表面１８ａｓから第２シール部材７２の入口連結端部７８ａの一部を覆って屈曲するフィルム部材８０が貼り付けられている。
【００７０】
具体的には、フィルム部材８０は、各入口連結流路７６ａに配置されて第２シール部材７２の入口連結端部７８ａに固定される複数の爪状部８０ａと、金属表面１８ａｓに接する底板部８０ｂと、各プレス流路部５４ａに対応して形成される複数の開口部８０ｃと、第１電解質膜・電極構造体１６ａの端部、すなわち、アノード電極２４の外周部から外部に露呈する固体高分子電解質膜２２の外周縁部表面を覆って固定される平板部８０ｄとを一体に設けている。
【００７１】
このため、第２シール部材７２の入口連結端部７８ａは、フィルム部材８０の屈曲部位により確実に保持され、前記入口連結端部７８ａと金属表面１８ａｓとの間から水等が進入することを確実に阻止することができる。
【００７２】
従って、簡単且つ経済的な構成で、第２シール部材７２を第２金属セパレータ１８に強固に保持することができる。これにより、第２シール部材７２のはがれを抑制してブリスターの発生を可及的に阻止するとともに、流路面積低下による酸化剤ガス流量の低下を抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００７３】
さらに、第１酸化剤ガス流路５０の出口側、第２酸化剤ガス流路６２の入口側及び前記第２酸化剤ガス流路６２の出口側には、それぞれフィルム部材８２、８８及び９０が貼り付けられている。フィルム部材８２、８８及び９０では、上記のフィルム部材８０と同様の効果が得られる。
【００７４】
なお、フィルム部材８０は、第１電解質膜・電極構造体１６ａの端部に貼り付けられる平板部８０ｄを削除することもできる。例えば、図８に示すように、爪状部８０ａから平板部８０ｄに至る屈曲する境界部位８０ｂｄを削除してもよい。
【００７５】
さらに、図９に示すように、フィルム部材８０の各開口部８０ｃを、入口凸部７６ａｔ間に、すなわち、各入口連結流路７６ａに対向して配置させることができる。フィルム部材８２は、同様に、各開口部８２ｃを、出口凸部７６ｂｔ間に、すなわち、各出口連結流路７６ｂに対向して配置させることができる。
【００７６】
また、第１燃料ガス流路３６及び第２燃料ガス流路５８は、上記の第１酸化剤ガス流路５０及び第２酸化剤ガス流路６２と同様に構成してもよい。
【００７７】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池１００の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
燃料電池１００は、複数のセルユニット（発電セル）１０２を水平方向又は重力方向に積層して構成され、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用される。
【００７９】
セルユニット１０２は、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１０４、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ１０６を設ける。
【００８０】
第２金属セパレータ１０４の第２シール部材７２は、入口連結端部７８ａを有し、前記入口連結端部７８ａの第１電解質膜・電極構造体１６ａ側の端面は、先細り形状のテーパ面を構成する。
【００８１】
第２金属セパレータ１０４の入口連結端部７８ａと第１電解質膜・電極構造体１６ａの端部とに貼り付けられるフィルム部材８０は、傾斜端部８０ｅを有する。傾斜端部８０ｅは、第１の実施形態の底板部８０ｂの端部から爪状部８０ａに至る部分に代えて設けられており、入口連結端部７８ａのテーパ面に対応する形状に設定される。
【００８２】
第３金属セパレータ１０６の入口連結端部８６ａと第２電解質膜・電極構造体１６ｂの端部とに貼り付けられるフィルム部材８８は、傾斜端部８８ｅを有する。傾斜端部８８ｅは、第１の実施形態の底板部８８ｂの端部から爪状部８８ａに至る部分に代えて設けられており、入口連結端部８６ａのテーパ面に対応する形状に設定される。
【００８３】
このように構成される第２の実施形態では、フィルム部材８０は、傾斜端部８０ｅが入口連結端部７８ａのテーパ面に貼り付けられている。このため、フィルム部材８０の貼り付け作業が一層容易且つ確実に遂行されるという効果が得られる。なお、フィルム部材８８及び図示しないフィルム部材８２、９０においても、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００８４】
１０、１００…燃料電池            １２、１０２…セルユニット
１４、１８、２０、１０４、１０６…金属セパレータ
１６ａ、１６ｂ…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜          ２４…アノード電極
２６…カソード電極                ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔      ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔        ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔        ３６、５８…燃料ガス流路
４４…冷却媒体流路                ５０、６２…酸化剤ガス流路
５４ａ、５４ｂ、６６ａ、６６ｂ…プレス流路部
７０、７２、７４…シール部材      ７６ａ、８４ａ…入口連結流路
７６ａｔ、８４ａｔ…入口凸部      ７６ｂ、８４ｂ…出口連結流路      
７６ｂｔ、８４ｂｔ…出口凸部      ７８ａ、８６ａ…入口連結端部
７８ｂ、８６ｂ…出口連結端部      ８０ａ、８８ａ…爪状部
８０ｂ、８８ｂ…底板部            ８０ｃ、８２ｃ、８８ｃ、９０ｃ…開口部
８０ｄ…平板部                    ８２、８８、９０…フィルム部材
８０ｅ、８８ｅ…傾斜端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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